Práctica 4 Inducción electromagnética

Universidad Tecnológica de México Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica Materia: Electricidad y Magnetismo

Práctica 5 Área: Ingeniería Electricidad y Magnetismo

UNITEC Campus Sur

Agosto 2010

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Práctica No. 5

Inducción electromagnética

Fecha de elaboración: ____________ Fecha Revisión: _________________ Responsable: ___________________

Objetivo

Identifica en ejemplos las características de la ley de Faraday y la ley de Lenz. Calcula la diferencia de potencial inducida en un conductor. Identifica en ejemplos las características de un inductor, la inductancia propia e inductancia mutua. Investiga los experimentos de Faraday y de Lenz. Obtén una conclusión de los experimentos desarrollados con relación a la inducción electromagnética. Elabora un reporte del desarrollo de los experimentos y los resultados obtenidos. Normas de Seguridad.

Es necesario evitar portar objetos metálicos, tales como relojes o pulseras. Trabajar atrás de la línea de seguridad Equipo de Seguridad.







Investigación Previa Consulta los siguientes conceptos en la bibliografía recomendada y anéxalos en tu práctica. práctica . 1. Flujo magnético. 2. Ley de inducción de Faraday. 3. Ley de Lenz Materiales 1

Resistenci a de 10 KΩ y 5 watts de potencia.

Equipo 1 1 1 1 1 1 4 2 1 1 1

Transformador de 12 Volts y 1 Ampere Multímetro digital con sus cables Galvanómetro con escala centrada. Si no existe galvanómetro, sus funciones pueden ser realizadas por el multímetro Osciloscopio. Barra magnética. magnética. Fuente de voltaje directo (DC). Cables para conexión. Cables caimán-caimán Brújula. Fuente de voltaje alterno (AC), (Puede ser un transformador que disminuya el voltaje de 120 volts a 6 volts y 1 ampere). Núcleo laminado en forma de U.

Marco Teórico La Ley de inducción electromagnética de Faraday se basa en los experimentos que Michael Faraday realizó en 1831, y establece que el







Dond Dondee es el camp campoo eléc eléctri trico co,, es el elem elemen ento to infi infini nite tesi sima mall del del contorno C, es la densidad de campo magnético y S es una superficie arbitraria, cuyo borde es C. Las direcciones del contorno C y de están dadas por la regla de la mano derecha La permutación de la integral de superficie y la derivada temporal se puede hacer siempre y cuando la superficie de integración no cambie con el tiempo. Por medio del teorema de Stokes puede obtenerse una forma diferencial de esta ley:

Ésta es una de las ecuaciones de Maxwell, las cuales conforman las ecuaciones fundamentales del electromagnetismo. La ley de Faraday, junto con las otras leyes del electromagnetismo, fue incorporada en las ecuaciones de Maxwell, unificando así al electromagnetismo. En el caso de un inductor con N vueltas de alambre, la fórmula anterior se transforma en: Donde e es la fuerza electromotriz inducida y dΦ/dt es la tasa de variación temporal del flujo magnético Φ. La dirección de la fuerza electromotriz (el signo negativo en la fórmula) se debe a la ley de Lenz.







Desarrollo Actividad 1 Ley de inducción de Faraday I.

Conecta la bobina bobina de 400 vueltas al galvanómetro (o multímetro) multímetro) y al osciloscopio, tal como se muestra en la figura 1. En caso de no haber osciloscopio, conecta sólo los restantes elementos como se indica en la figura 2.

II.

Si usas el amperímetro amperímetro como como detector detector en en vez vez del galvanómetro, galvanómetro, colócalo en la escala de medición de corriente de DC más pequeña.

III.

Bajo esas esas condiciones condiciones sujeta el imán imán con la mano mano y colócalo en reposo dentro de la bobina, procurando no moverlo mientras realizas la observación. Simultáneamente observa en el medidor si se produce alguna corriente eléctrica en la bobina. 1. Cuando se colocó el imán imán en reposo dentro del hueco de de la bobina (paso III), ¿se indujo una corriente en está?

_____________________________________________________________ __________________________________________________________ IV.

Enseguida, mueve el imán dentro del núcleo de la bobina (cavidad de la bobina). Asegúrate de que este entre y salga del nucleo, primero lenta y después rápidamente. 2. ¿Se produjo una corriente y voltaje en ésta? _______________ ________________ _ 3. Si se indujo, ¿en qué situación fue más intensa? _____________ 4. ¿La corriente es del mismo signo cuando se introduce el imán que cuando se retira? ________________________________________________________







procurando que el magneto entre y salga del núcleo de la bobina. Primero hazlo de forma lenta y enseguida rápidamente. 5. ¿Se produjo una corriente y voltaje en ésta? _______________ _______________ 6. Si se indujo, ¿en qué situación fue más intensa? ________________________________________________ ________________________________________________ 7. ¿La corriente es del mismo signo cuando entra el imán que cuando se retira? ____________________________________________________ ____________________________________________________ VI.

Repite los pasos pasos III, IV y V para una bobina bobina de 800 vueltas. Además de analizar cada uno de los pasos anteriores, observa si el número de vueltas influye en la intensidad de la corriente que se produce.









Actividad 2 Ley de inducción de Faraday VII.

Selecciona dos bobinas de 400 vueltas cada una y coloca una frente a otra montándolas en el núcleo laminado.

VIII.

Conecta la fuente DC a la la primera primera bobina (primaria). Cerciórate de que ésta se encuentre apagada.

IX.

Enciende la fuente fija de 5 volts y 2 amperes.

X.

Enseguida, acerca lo más que se pueda la brújula a la bobina primaria y observa si ésta produce un campo magnético.

XI.

Conecta el multímetro multímetro en modo de medidor de voltaje a la segunda bobina (secundaria) colócalo en la escala de medición más pequeña (ver Figura 3).







XII.

Sin mover mover la disposición que se tiene, interrumpe bruscamente el voltaje aplicado a la bobina primaria usando el interruptor de la fuente.

XIII.

Enseguida, enciende súbitamente súbitament e la fuente. 9.

Cuando el voltaje en la bobina primaria fue interrumpido interrumpido rápidamente, ¿se produjo un voltaje en la bobina secundaria? Cuándo se encendio súbitamente, ¿fueron de igual signo los dos voltajes? ________________________________________________________ _____________________________________________________ XIV.

Desconecta la fuente de DC DC y en su lugar coloca una fuente de AC de 6 volts de voltaje eficaz, o un autotransformador con graduación de 0100% y entrada de 120 volts. Procura que la fuente se encuentre inicialmente desconectada desconectada de la línea de energía eléctrica. XV. Coloca el multímetro en el modo de medición de voltaje alterno en la escala más pequeña. XVI. Conecta la fuente a la línea de alimentación alimentac ión y observa. 10. Cuando se aplicó un voltaje alterno a la bobina secundaria, ¿se indujo un voltaje en la bobina secundaria? _____________________________________________________ _____________________________________________________ XVII.

Repite del paso VIII al XVI para para una bobina secundaria de 800 vueltas,







voltaje de entrada y el voltaje de salida, y anotarlos en las tablas correspondientes 1 y 2. XVIII.

Coloca en el el núcleo núcleo laminado dos bobinas: una de 200 vueltas y otra de 400 vueltas y enseguida cierra el núcleo. A esta disposición se le conoce como transformador. XIX. Conecta la fuente de DC apagada a la bobina de 200 vueltas, en la de 400 vueltas conecta el medidor de voltaje en la escala de medición de 0-20 volts de AC. Guíate con la figura 4 para realizar las conexiones. XX. Enciende la fuente fuente de DC y suminístrale al primario un voltaje voltaje constante de 5 volts a 2 amperes (modo fijo). 12. ¿Marca algún voltaje el medidor en el secundario? ________________________________________________________ ______________________________________________________ XXI.

XXII. XXIII. XXIV.

Enseguida, suministrando la fuente en 5V y 2A de de DC, DC, interrumpe interrumpe súbitamente el voltaje con el interruptor de la misma o desconectando un cable del circuito. 13. ¿El multímetro registra algún voltaje en el secundario? ______ Ahora, desconecta y retira la fuente de DC, de forma separada, coloca el multímetro en el modo de medición de voltaje alterno en la escala de 0-20 volts de AC. Conecta a la bobina bobina de 200 vueltas una fuente de AC, procurando que no esté conectada a la línea de energía eléctrica. Enciende la fuente de AC (conectar a la línea) y observa. 14. ¿El medidor medidor registra un voltaje voltaje en el secundario? secundario? Si registra, registra,







_________________________________________________

XXVII. XXVIII. XXIX.

XXX.

Selecciona dos bobinas, una de 200 vueltas para el primario primario y una de 200 vueltas para el secundario. Colócalas en el núcleo laminado y ciérralo para formar el transformador. Conecta la fuente de AC a cualquiera de las dos bobinas. Procura que la fuente esté inicialmente desconectada. Conecta la fuente fuente y conecta conecta el multímetro multímetro en modo de medidor de voltaje alterno en la escala de 0-20 volts, en el primario del transformador. Mide el voltaje que se está aplicando y anótalo en la tabla 2. Enseguida coloca el mismo medidor de voltaje voltaje en en el secundario y mide el voltaje de salida del transformador. Para medir la corriente,







XXXII.

Repite para este nuevo transformador los pasos pasos XXIX y XXX para obtener el voltaje de entrada (en el primario) y el voltaje de salida y la corriente (en el secundario). Anotálos en las tablas 1 y 2.

XXXIII.

Apaga la fuente de AC y abre el núcleo núcleo laminado; quita el secundario del mismo y remplázalo por una bobina de 800 vueltas. Finalmente, cierra el núcleo.

XXXIV.

Repite para este nuevo transformador los pasos pasos XXIX y XXX para obtener el voltaje de entrada (en el primario) y el voltaje de salida y la corriente (en el secundario). Anota los valores en las tablas 1 y 2. Apaga la fuente de AC y abre el núcleo laminado; quita el secundario del mismo y remplázalo por una bobina de 1600 vueltas. Enseguida, cierra el núcleo. Repite para este nuevo transformador los pasos III y IV para para obtener el voltaje de entrada (en el primario) y el voltaje de salida y la corriente (en el secundario). Anota los valores en las tablas 1 y 2.

XXXV. XXXVI.

XXXVII.

Apaga la fuente de AC y abre el núcleo laminado; quita el secundario del mismo y remplázalo por una bobina de 3200 vueltas. Cierre el núcleo.

XXXVIII.

Repite para este nuevo transformador los pasos pasos XXIX y XXX para obtener el voltaje de entrada (en el primario) y el voltaje de salida y la corriente (en el secundario). Anota los valores en las tablas 1 y 2.

XXXIX.

Forma un transformador en el cual el primario tenga 400 vueltas y el









XLII.

Compara cómo son los valores de G frente a los valores de g , para cada trasformador estudiado. Para llevarlo a cabo obtén la diferencia porcentual entre ambas, tomando como referencia a G A/pD

Ns

p i p

is

G

g

d p p







ip

is

Vp

Vs

Pp

Ps

1

Tabla 2 Análisis y Presentación de Resultados A partir de tus resultados responde las siguientes preguntas: 1. ¿Un flujo magnético constante en el tiempo induce un voltaje en el secundario de un transformador? __________________ ___________________________ _________ 2. ¿Qué condición debe cumplir el flujo magnético para que se induzca







Conclusiones del Aprendizaje

Notas para los Alumnos 1. El reporte final de la práctica deberá ser entregado a máquina de escribir o en procesador de textos (PC) sin excepción. 2. Las prácticas impresas sólo sirven sirven de guía y referencia. referencia. 3. No se aceptan copias copias fotostáticas del del reporte final. 4. La entrega del reporte de práctica práctica es por alumno. alumno.

Recursos Bibliográficos

Práctica 4 Inducción electromagnética

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